ESD (elektrostatische ontlading)

Elektrostatische lading wordt veroorzaakt door wrijving, contact en routing processen. Materialen zoals kunststof, textiel of metaal slaan elektrische ladingen op die plotseling ontladen wanneer ze worden aangeraakt of benaderd. Dit proces is bijzonder kritisch in de industriesegmenten elektronica, omdat zelfs de kleinste voltages gevoelige componenten kunnen vernietigen.

De gevolgen zijn vaak onomkeerbare schade aan elektrische, elektronische en opto-elektronische componenten. Geleidingsplaten (PCB's) met componenten zoals metaaloxidehalfgeleider-veldeffecttransistoren (MOSFET's) of bipolaire transistoren met geïsoleerde poort (IGBT's) zijn bijzonder gevoelig. IC-chips (geïntegreerde schakelingen) en substraten die gebruikt worden in de halfgeleiderindustrie en de vervaardiging van elektronica lopen ook risico. Snelle vereffening van de potentialen veroorzaakt hoge elektrische spanningen, die kunnen leiden tot onherstelbare fouten in geassembleerde printplaten en hun gevoelige individuele componenten.

Elektrische geleidbaarheid van materialen

Om elektronische componenten effectief te beschermen tegen ESD-beschadiging, bijvoorbeeld tijdens handling, speelt de elektrische geleidbaarheid van de gebruikte materialen een centrale rol. Aangezien deze materialen in direct contact komen met het werkstuk, moeten ze verzekeren dat elektrostatische ladingen op een gecontroleerde en schadevrije manier kunnen worden ontladen.

Elektrische geleidbaarheid beschrijft het vermogen van een materiaal om ladingen veilig te ontladen via zijn specifieke weerstand. Afhankelijk van de weerstandswaarde gebeurt dit ofwel zeer snel - zoals het geval is bij geleidende materialen - of vertraagd en gecontroleerd, zoals typisch is voor dissipatieve materialen. De beslissende factor is hier altijd de specifieke weerstand, die bepaalt met welke snelheid en op welke manier ladingen veilig worden ontladen.

Weerstandsbereiken in ESD-bescherming

Afhankelijk van de materiaalklasse zijn er verschillende specifieke weerstanden:

• Geleidende kunststoffen liggen meestal tussen¹⁰³ en¹⁰⁵ Ω en maken het mogelijk om ladingen zeer snel te ontladen.
• Dissipatieve materialen liggen tussen¹⁰⁶ en¹⁰⁹ Ω en verzekeren een sturing en schadevrije ontlading. De door Schmalz gebruikte materialen NBR-ESD en HT1-ESD vallen precies binnen dit bereik en verzekeren zo een veilige voltage-ontlading op het werkstuk.
• Antistatische materialen vertonen aanzienlijk hogere waarden tussen¹⁰¹⁰ en¹⁰¹² Ω en werken voornamelijk tegen ophoping van ladingen zonder de lading zelf sterk af te voeren.

Testmethode voor geleidbaarheid

De "punt-tot-aarde" meting is een bijzondere manier om de bufferinhoud te controleren, rekening houdend met de specifieke weerstand. Op basis van deze meting is het mogelijk om te bepalen binnen welk bereik de weerstand van het totale systeem ligt. Met behulp van speciale weerstandsmeters kan de ontladingsweerstand tussen een meetpunt (1) en een aardingspunt van het systeem (aardpotentiaal) (2) worden vastgesteld.

Geschikt materiaal is vaak gemarkeerd met het symbool voor ESD-bescherming voor een betere uitlijning. Dit symbool geeft aan dat een product geschikt is voor ESD-bescherming en andere componenten op betrouwbare wijze beschermt tegen elektrostatische ontlading (ESD).

Om te verzekeren dat ESD-bescherming niet alleen verzekerd is op materiaalniveau en in testprocedures, maar ook consequent geïmplementeerd wordt in de praktische werkomgeving, zijn duidelijk gedefinieerde oppervlakten met gecoördineerde maatregelen nodig.

Een ESD-beschermingszone, of kortweg "EPA" (Electrostatic Protected Area), is een speciaal werkbereik waarin alle materialen, gereedschappen en arbeidsmiddelen zijn ontworpen om elektrisch dissipatief te zijn. Dit omvat dissipatieve vloeren, grijpersystemen, ESD-conforme kleding en verpakking. Het doel is om elektrostatische ladingen op een gecontroleerde manier te voorkomen en te ontladen, zodat gevoelige componenten zoals geleidingsplaten, halfgeleiders of opto-elektronische componenten op een betrouwbare manier worden beschermd.

ESD-bescherming is essentieel in de elektronica-industrie. Gevoelige PCB's met componenten zoals MOSFET's en IGBT's zijn zeer gevoelig voor elektrostatische ontlading en vereisen betrouwbare bescherming tijdens alle handling procedures.